大型后掠自适应风力机叶片的气动扭角设计优化 被引量：7

1

作者 康传明 张卫民 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第4期518-521,共4页

针对大型后掠式自适应叶片(STB)中显著的气动/结构耦合现象,利用优化方法探讨了直叶片转化为后掠式自适应叶片后的气动扭角补偿优化,STB叶片没有不改变原直叶片的输出功率和结构强度。优化算法采用遗传算法,以功率为约束条件,扭角分布... 针对大型后掠式自适应叶片(STB)中显著的气动/结构耦合现象,利用优化方法探讨了直叶片转化为后掠式自适应叶片后的气动扭角补偿优化,STB叶片没有不改变原直叶片的输出功率和结构强度。优化算法采用遗传算法,以功率为约束条件,扭角分布为优化变量,优化目标为叶片根部应力最小。建立了叶片的气动模型和六自由度铁摩辛科悬臂梁结构模型,叶片的气动特性分析采用了基于动量叶素理论的数值算法,结构特性分析采用有限元法,优化算法采用遗传算法。最后在额定风速条件下,完成了2.0MW叶片的气动扭角的补偿设计优化。分析结果表明,STB叶片通过扭角补偿后,可满足功率输出的要求,并大幅降低叶片的轴向推力。 展开更多

关键词 后掠式自适应叶片 气动/结构耦合 多学科优化 遗传算法

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飞翼式客机机翼气动/结构综合优化方法研究 被引量：6

2

作者 宋倩 万志强 《民用飞机设计与研究》 2018年第4期6-14,共9页

针对目前在飞翼客机机翼优化过程中对气动弹性效应考虑不充分、气动/结构耦合不充分的问题,分别对飞翼客机机翼的CFD(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)气动模型、平板气动模型和三维板杆模型进行参数化建模,开展了针对飞翼布局客... 针对目前在飞翼客机机翼优化过程中对气动弹性效应考虑不充分、气动/结构耦合不充分的问题,分别对飞翼客机机翼的CFD(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)气动模型、平板气动模型和三维板杆模型进行参数化建模,开展了针对飞翼布局客机机翼的气动/结构综合优化设计的研究,搭建了一套基于Kriging模型的前瞻性设计方法,获得了机翼最优的气动外形和结构构型,在有效降低机翼结构重量的同时,显著地减少了气动阻力。在满足精度及效率的前提下,气动子学科选用亚声速偶极子格网法以及基于Euler方程的CFD方法,结构子学科选用有限元分析方法,优化算法采用遗传算法。 展开更多

关键词 飞翼布局 气动弹性 气动/结构耦合 CFD 代理模型

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跨声速运输机机翼气动/结构优化平台AeroStruct的发展及应用 被引量：4

3

作者 张科施 凌圣博 韩忠华 《航空科学技术》 2022年第4期47-56,共10页

跨声速运输类飞机由于机翼展弦比大,使得气动加载下机翼变形量大,气动/结构耦合效应明显,因而开展耦合优化设计对提升飞机综合性能具有重要意义。本文研发了一种对该类机翼进行变可信度气动/结构耦合优化设计的自主软件平台(AeroStruct)... 跨声速运输类飞机由于机翼展弦比大,使得气动加载下机翼变形量大,气动/结构耦合效应明显,因而开展耦合优化设计对提升飞机综合性能具有重要意义。本文研发了一种对该类机翼进行变可信度气动/结构耦合优化设计的自主软件平台(AeroStruct),气动数值模拟可选用N-S/Euler/全速势方程,结构数值模拟集成了结构有限元分析平台,气动/结构耦合分析采用径向基函数插值方法进行数据传递,在自主开发的SurroOpt代理优化软件基础上集成分析模块,实现了考虑静气动弹性效应的机翼气动/结构耦合优化设计。对uCRM-9标模机翼进行了包含76个设计变量的减重优化设计,最优方案比基准机翼结构质量减小约13%,优化效果显著。 展开更多

关键词 机翼设计 多学科优化设计 气动/结构耦合数值模拟 气动设计 结构设计

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高速飞行器气动热结构耦合分析及优化设计 被引量：4

4

作者 李昱霖 刘莉 +1 位作者 龙腾 朱华光 《弹箭与制导学报》 CSCD 北大核心 2014年第5期138-143,共6页

气动、热和结构三学科之间的耦合关系是高速飞行器面临的核心问题之一。文中利用强弱耦合关系简化了气动热结构耦合问题,并基于气动加热、瞬态热传导、热结构、热模态和热颤振的单向耦合关系来分析热弹性问题,建立了气动热结构多学科集... 气动、热和结构三学科之间的耦合关系是高速飞行器面临的核心问题之一。文中利用强弱耦合关系简化了气动热结构耦合问题,并基于气动加热、瞬态热传导、热结构、热模态和热颤振的单向耦合关系来分析热弹性问题,建立了气动热结构多学科集成分析平台。针对各子学科耗时问题,文中采用了增广的自适应响应面优化策略完成了气动热结构多学科设计优化,在提高了颤振速度的同时,使升力面结构质量有了一定的降低。 展开更多

关键词 高速飞行器 气动热结构耦合 优化设计 单向耦合分析

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高超声速飞行器气动热结构耦合问题研究 被引量：3

5

作者 李昱霖 刘莉 +1 位作者 陈鑫 岳振江 《飞航导弹》 北大核心 2014年第5期84-92,共9页

回顾了超声速飞行器发展历程与现状,对近年来国外针对气动-热-结构三学科耦合问题的研究进行了总结归纳;从物理含义出发,分别对各子学科之间的相互耦合关系以及各自的建模方法进行了总结;给出了计算方法和求解思路,总结了国外对于热气... 回顾了超声速飞行器发展历程与现状,对近年来国外针对气动-热-结构三学科耦合问题的研究进行了总结归纳;从物理含义出发,分别对各子学科之间的相互耦合关系以及各自的建模方法进行了总结;给出了计算方法和求解思路,总结了国外对于热气动弹性问题的研究进展;最后讨论了真实气体效应对耦合问题的影响。 展开更多

关键词 高超声速 气动热结构耦合 多学科耦合 三学科多场两域 热气动弹性

原文传递

基于共模型技术的大展弦比飞机气动/结构耦合性设计 被引量：2

6

作者 谭林林 瞿进 《民用飞机设计与研究》 2011年第1期7-12,共6页

在考虑弹性变形情况下,以大展弦比飞翼飞机为例,对气动/结构耦合设计方法进行研究提出了几何/结构/气动的共模型技术。首先是基于共模型技术生成表面气动网格和空间气动网格以及结构有限元网格,并实现气动载荷在结构模型和气动模型间的... 在考虑弹性变形情况下,以大展弦比飞翼飞机为例,对气动/结构耦合设计方法进行研究提出了几何/结构/气动的共模型技术。首先是基于共模型技术生成表面气动网格和空间气动网格以及结构有限元网格,并实现气动载荷在结构模型和气动模型间的数据传递,最后进行气动/结构耦合计算分析,在进行气动/结构耦合计算分析时要进行多次迭代,直到结构变形达到收敛标准。在迭代的过程中要根据结构弹性变形,重建气动模型。整个设计思想是基于共模型技术将飞机的非线性气动力和结构变形同时考虑到飞机的飞行载荷计算中,更好地研究了大展弦比飞机静气动弹性问题。 展开更多

关键词 气动/结构耦合设计 共模型技术 气动模型 有限元模型

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仿生微型扑翼飞行器中的空气动力学问题研究进展与挑战 被引量：26

7

作者 杨文青 宋笔锋 +1 位作者 宋文萍 陈利丽 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2015年第3期1-10,共10页

对仿生微型扑翼飞行器相关的空气动力学问题的研究进展进行了综述,并分析了未来发展面临的机遇与挑战。与自然界的飞行生物相比,目前仿生扑翼飞行器的飞行能力还很笨拙,距离高仿生还有较大距离。其中,所涉及的低雷诺数非定常空气动力学... 对仿生微型扑翼飞行器相关的空气动力学问题的研究进展进行了综述,并分析了未来发展面临的机遇与挑战。与自然界的飞行生物相比,目前仿生扑翼飞行器的飞行能力还很笨拙,距离高仿生还有较大距离。其中,所涉及的低雷诺数非定常空气动力学问题成为研究者在深入研究时面临的一个主要难题,关键在于数值模拟和风洞实验均难以准确模拟飞行中的实际状态。具体面临的难题主要包括:(1)仿生微型扑翼飞行器所处的雷诺数为103~105量级,属于对转捩与湍流非常敏感的区域,相关的气动机理复杂;(2)柔性翼在飞行中密切相关的动气动弹性问题;(3)高机动飞行导致的动气动弹性耦合飞行力学问题;(4)扑翼飞行的复杂姿态对飞控系统的挑战及反馈耦合算法的设计等。这些层层深入的多学科耦合难题导致了目前具备的研究手段难以为仿生扑翼飞行器的研究提供定量的分析与改进设计。在解决上述难题的基础上,未来可进一步在高机动灵活飞行姿态方面进行深入研究,对仿生柔性翼的刚度分布开展详细设计,使仿生扑翼飞行器具有像自然界飞行生物一样的主动变形能力,可在复杂的环境下具备高机动飞行能力,最终实现高仿生外形和性能的人造飞鸟或人造飞虫。 展开更多

关键词 微型仿生飞行器 低雷诺数 非定常气动力 气动结构耦合 多学科设计

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一种基于结构动力学的柔性扑翼气动结构耦合方法研究 被引量：7

8

作者 陈利丽 宋笔锋 +1 位作者 宋文萍 杨文青 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第12期2668-2681,共14页

基于结构动力学理论,发展了一套适用于扑翼气动结构耦合特性的数值模拟方法:采用计算流体力学(CFD)方法数值模拟扑翼的非定常绕流,得到扑翼的非定常气动特性,基于计算结构力学(CSD)方法求解扑翼结构动力学方程得到扑翼的动态结构变形位... 基于结构动力学理论,发展了一套适用于扑翼气动结构耦合特性的数值模拟方法:采用计算流体力学(CFD)方法数值模拟扑翼的非定常绕流,得到扑翼的非定常气动特性,基于计算结构力学(CSD)方法求解扑翼结构动力学方程得到扑翼的动态结构变形位移,从而得到周期内各时刻的扑翼外形,重复上述过程直至气动、结构变形均收敛。其中,扑翼非定常气动特性通过求解雷诺平均Navier-Stokes方程得到。对于结构动态特性,首先基于Hamilton原理推导了扑翼的结构运动方程,并对动能和应变能进行变分,得到扑翼动力学方程,然后利用结构有限元方法对该方程进行离散并求解。通过与实验结果进行对比,验证了本文所发展求解程序的有效性。在此基础上针对实际柔性扑翼的简化模型展开数值模拟,研究了柔性变形对扑翼气动特性的影响,并进一步对刚性和柔性扑翼流场细节进行比较,分析研究了结构变形对柔性扑翼气动特性的影响机理。 展开更多

关键词 扑翼 气动结构耦合 非定常流动 空气动力学 结构动力学 柔性结构

原文传递

柔性扑翼气动结构耦合特性数值研究 被引量：6

9

作者 陈利丽 宋笔锋 +1 位作者 宋文萍 杨文青 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2015年第1期125-133,共9页

微型扑翼体积小、重量轻,其柔性变形对气动特性有显著的影响。通过求解雷诺平均N-S方程(ReynoldsAveraged Navier-Stokes,RANS)和结构动力学方程,对微型柔性扑翼飞行器的气动结构耦合特性进行了数值模拟研究。针对微型扑翼的大幅运动,... 微型扑翼体积小、重量轻,其柔性变形对气动特性有显著的影响。通过求解雷诺平均N-S方程(ReynoldsAveraged Navier-Stokes,RANS)和结构动力学方程,对微型柔性扑翼飞行器的气动结构耦合特性进行了数值模拟研究。针对微型扑翼的大幅运动,发展了适用于扑翼的气动结构耦合数值计算方法,研究了微型扑翼的气动结构耦合特性。通过求解雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程得到微型扑翼的非定常气动特性;利用哈密顿原理(Hamilton Principle)推导了扑翼的结构动力学方程,采用结构有限元方法对该动力学方程进行离散并求解,得到扑翼的动态结构特性;采用松耦合方法进行迭代。计算结果与风洞实验结果相比吻合良好,验证了所发展方法的有效性。在此基础上研究了惯性力和关键运动参数对柔性扑翼气动及结构特性的影响规律,有助于比较详细、全面地了解微型扑翼的气动机理,为柔性扑翼的设计提供了参考依据。 展开更多

关键词 微型扑翼 气动结构耦合 雷诺平均 NAVIER-STOKES 结构动力学 非定常气动特性

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机翼气动结构多学科设计优化研究 被引量：5

10

作者 朱华光 刘莉 +1 位作者 龙腾 李昱霖 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第10期1147-1152,共6页

为解决大展弦比机翼气动和结构学科的耦合分析及优化耗时问题,采用高精度计算流体力学(CFD)与计算结构动力学(CSD)模型耦合分析的方法,得到耦合分析后最终真实变形情况下的应力状态和气动力性能,指出大展弦比机翼气动结构耦合分析的必要... 为解决大展弦比机翼气动和结构学科的耦合分析及优化耗时问题,采用高精度计算流体力学(CFD)与计算结构动力学(CSD)模型耦合分析的方法,得到耦合分析后最终真实变形情况下的应力状态和气动力性能,指出大展弦比机翼气动结构耦合分析的必要性.对自适应响应面法进行改进,提出一种基于模糊聚类自适应径向基的全局优化策略,研究了该策略的全局寻优能力和优化效率.运用该优化策略对考虑气动结构耦合分析的大展弦比机翼结构进行多学科设计优化研究.研究结果表明该气动结构耦合分析方法可行有效,并且该优化策略提高了优化效率. 展开更多

关键词 气动结构耦合 代理模型 多学科设计优化

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临近空间长航时太阳能无人机气动研究综述 被引量：4

11

作者 李晨飞 姜鲁华 《世界科技研究与发展》 CSCD 2018年第4期386-398,共13页

临近空间长航时太阳能无人机作为探索临近空间的重要飞行器,在气动设计与布局形式、气动性能及技术上均呈现出不同于传统飞行器的新特点。为开展更为深入的研究,本文梳理了目前临近空间长航时太阳能无人机气动布局的研究现状,在此基础... 临近空间长航时太阳能无人机作为探索临近空间的重要飞行器,在气动设计与布局形式、气动性能及技术上均呈现出不同于传统飞行器的新特点。为开展更为深入的研究,本文梳理了目前临近空间长航时太阳能无人机气动布局的研究现状,在此基础上对其低雷诺数、高升力及气动结构耦合等气动设计难点问题进行了阐述,并展望了临近空间长航时太阳能无人机的发展趋势。 展开更多

关键词 临近空间 无人机 太阳能 低雷诺数 大展弦比 高升力 气动结构耦合

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柔性扑翼全机气动结构耦合特性及稳定性研究 被引量：3

12

作者 陈利丽 宋笔锋 +1 位作者 宋文萍 杨文青 《航空计算技术》 2013年第1期32-35,共4页

由于微型扑翼飞行器具有体积小、重量轻等特点,在飞行过程中会产生明显的柔性变形,因此在对扑翼气动特性进行数值模拟时,有必要考虑柔性变形的影响。基于结构动力学理论,发展了一种适用于扑翼全机气动结构耦合特性的数值模拟方法与一种... 由于微型扑翼飞行器具有体积小、重量轻等特点,在飞行过程中会产生明显的柔性变形,因此在对扑翼气动特性进行数值模拟时,有必要考虑柔性变形的影响。基于结构动力学理论,发展了一种适用于扑翼全机气动结构耦合特性的数值模拟方法与一种适用于扑翼的结构动力学求解方法。方法利用哈密顿原理,对动能和应变能进行变分,进而得到扑翼动力学方程,采用结构有限元方法对运动方程进行离散并求解;采用基于嵌套网格的CFD求解器对微型扑翼全机非定常绕流进行数值模拟。采用CFD/CSD耦合求解器对微型扑翼飞行器全机气动结构耦合特性进行数值模拟,分析了结构变形对柔性扑翼气动特性的影响,并分别对扑动过程中刚性扑翼和柔性扑翼的压心变化范围进行研究,分析了结构变形对柔性扑翼稳定性的影响。 展开更多

关键词 扑翼全机 气动结构耦合 非定常气动力 结构动力学

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基于耦合伴随方法的串/并行气动结构优化设计对比 被引量：3

13

作者 雷锐午 白俊强 +2 位作者 许丹阳 张煜 汪辉 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1036-1049,共14页

采用RANS方程、线性有限元分析手段、映射点局部插值方法和逆距离动网格技术对气动和结构之间的耦合现象进行了分析。然后基于气动结构耦合伴随方法,对气动和结构设计变量梯度进行了高效求解。最后结合自由曲面变形技术、梯度优化方法... 采用RANS方程、线性有限元分析手段、映射点局部插值方法和逆距离动网格技术对气动和结构之间的耦合现象进行了分析。然后基于气动结构耦合伴随方法,对气动和结构设计变量梯度进行了高效求解。最后结合自由曲面变形技术、梯度优化方法构建气动结构优化设计框架。选取飞翼布局民用客机开展气动结构串行与并行优化设计研究。在相同阻力水平的前提下,并行优化结果比串行优化获得了8.4%航程收益和8.3%结构质量收益。同时,串行优化设计结果在中翼段上翼面仍然存在明显激波,而并行优化结果呈现光滑的等间距等压线分布特征。因此并行气动结构优化设计方法可以充分挖掘气动结构耦合下的设计潜力,更有利于对大柔性气动结构优化设计问题进行研究。 展开更多

关键词 气动结构耦合伴随 气动弹性分析 气动结构优化 串/并行优化 飞翼布局

原文传递

机翼气动结构耦合数值分析方法

14

作者 胡婕 余雄庆 《计算机辅助工程》 2013年第1期16-20,共5页

针对机翼的静气动弹性问题,为准确预测其气动特性,研究一种实用有效的气动结构耦合仿真方法.以客机机翼设计为例,通过机翼的静气动弹性问题分析和机翼的气动结构耦合分析流程的分解,建立参数化、自动化、模块化的气动结构耦合仿真分析平... 针对机翼的静气动弹性问题,为准确预测其气动特性,研究一种实用有效的气动结构耦合仿真方法.以客机机翼设计为例,通过机翼的静气动弹性问题分析和机翼的气动结构耦合分析流程的分解,建立参数化、自动化、模块化的气动结构耦合仿真分析平台.该平台的流程包括基于全速势方程的气动分析、基于MSC Nastran的结构仿真、应用MATLAB的载荷到结构模型的传递、结构变形向气动外形的映射等环节.算例表明该方法能较好地解决机翼的静气动弹性分析问题. 展开更多

关键词 机翼 气动结构耦合 静气动弹性 数据交换 MSCNastran MATLAB

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